JP7251640B2 - 電流生成回路、駆動回路及び電流調整方法 - Google Patents
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Description
この出願は、2019年9月11日に出願された日本特許出願、特願2019-165321に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。
図1は、本発明の一実施形態であるパワーモジュール100の構成を示す図である。パワーモジュール100は、三相モータ120を駆動する半導体装置であり、電力変換用のブリッジ回路200、LVIC210、HVIC220,230,240、端子HU,HV,HW,LX,LY,LZ,P,U,V,W,NX,NY,NZを含む。
図3は、駆動回路410の一実施形態である駆動回路410aの構成の一例を示す図である。駆動回路410aは、PMOSトランジスタ60またはNMOSトランジスタ51をオンすることで、IGBT301を駆動する回路である。駆動回路410aは、電圧検出回路10a及び加算回路20aを含む電圧生成回路1aと、制御回路30aと、切替回路40aと、放電回路50と、PMOSトランジスタ60と、を含んで構成される。
電圧生成回路1aは、電源ラインL1と、PMOSトランジスタ60のソース端子と、の間の配線の抵抗値に応じた、調整された基準電圧VREF2を生成する回路である。
電圧検出回路10aは、電源ラインL1と、PMOSトランジスタ60のソース端子と、の間の配線Laの配線抵抗Ronに応じた調整電圧Vonを生成する回路である。電圧検出回路10aは、オペアンプ11aと、可変抵抗12a,13a,14a,15a(以下「可変抵抗12a~15a」)と、を含んで構成される。
ここで、抵抗値R1pは、可変抵抗12a,13aの抵抗値であり、抵抗値R2pは、可変抵抗14a,15aの抵抗値である。また、電圧V1pは、PMOSトランジスタ60のソース端子と、可変抵抗13aとが接続されたノードの電圧であり、電圧V2pは、配線Laの電源ラインL1と、可変抵抗12aとが接続されたノードの電圧である。
図4は、可変抵抗12aの一例を示す図である。可変抵抗回路は、内蔵されたスイッチによってその抵抗値を変化させることができる回路である。なお、ここでは、可変抵抗12aについて説明するが、可変抵抗13a~15aも同様である。
加算回路20aは、調整電圧Vonと、所定の基準電圧VREFと、を加算した電圧を、基準電圧VREF2として生成する回路である。加算回路20aは、オペアンプ21aと、抵抗22a,23a,24a(以下「抵抗抵抗22a~24a」)と、反転増幅器25aと、を含んで構成される。なお、詳細は後述するが、調整電圧Vonは、PMOSトランジスタ60が所定の電流値を生成できるよう、予め調整される。
なお、加算回路20aは、「加算回路」に相当し、基準電圧VREF2は、「第1電圧」に相当する。
制御回路30aは、基準電圧VREF2に基づいて、PMOSトランジスタ60に電流を生成させる回路である。制御回路30aは、オペアンプ31aと、NMOSトランジスタ32aと、抵抗33aと、PMOSトランジスタ34aと、PMOSトランジスタ38aと、を含んで構成される。
切替回路40aは、マイコン(不図示)からの駆動信号Vdrxが、例えばローレベル(以下、Lレベルとする)である場合、IGBT301をオフするため、放電回路50を動作させる。また、切替回路40aは、駆動信号Vdrxが、例えばハイレベル(以下、Hレベルとする)である場合、IGBT301をオンするため、PMOSトランジスタP34aと、PMOSトランジスタ60とで構成されるカレントミラー回路を動作させる。
放電回路50は、駆動信号VdrxがLレベルとなると、IGBT301のゲート容量を放電し、IGBT301をオフするための回路である。放電回路50は、NMOSトランジスタ51,52、スイッチ53と、を含んで構成される。
図5は、可変抵抗12a~15aの調整について説明するための図である。図5では、便宜上、主要な構成のみが表示されている。
図7は、スイッチ53の調整について説明するための図であり、ここでは、便宜上、主要な構成のみが表示されている。図8は、スイッチ53の例示的な調整方法800を示す図である。
つぎに、駆動回路410aの動作について説明する。なお、ここでは、図3の駆動回路410aの可変抵抗12a~15aは、図6の処理が実行されて調整済みであり、スイッチ53は、図8の処理が実行されてオフされているとする。
図9は、駆動回路410aを図2の駆動回路410,420,430のそれぞれに使用した場合の各相の出力電流を示す図である。なお、駆動回路410aを駆動回路410,420,430のそれぞれに使用した場合とは、駆動回路410を、駆動回路410aとし、駆動回路420を駆動回路410aとし,駆動回路430を駆動回路410aとする場合である。
図10は、一般的な駆動回路415の構成を示す図である。駆動回路415は、基準電圧VREFに基づいてIGBT301を駆動するためのソース電流の電流値を決定する回路である。駆動回路415は、制御回路30aと、切替回路40aと、PMOSトランジスタ60と、NMOSトランジスタ51と、を含んで構成される。
図11は、駆動回路415を図2の駆動回路410,420,430のそれぞれに使用した場合の各相の出力電流を示す図である。なお、駆動回路415を駆動回路410,420,430のそれぞれに使用した場合とは、駆動回路410を、駆動回路415とし、駆動回路420を駆動回路415とし,駆動回路430を駆動回路415とする場合である。
図12は、駆動回路410の一実施形態である駆動回路410bの構成の一例を示す図である。駆動回路410bは、制御回路30aと、切替回路40aと、放電回路50と、PMOSトランジスタ60と、分圧回路70と、を含んで構成される。
分圧回路70は、所定の電圧V1を分圧して調整された基準電圧VREF2を生成する回路である。分圧回路70は、抵抗71,72,73,74(以下「抵抗71~74」)と、スイッチ75,76,77,78(以下「スイッチ75~78」)と、を含んで構成される。
図13は、放電回路50の代わりに用いられる放電回路55の一実施形態を示す図である。
電圧生成回路1bは、接地ラインL2と、NMOSトランジスタ51のソース端子と、の間の配線の抵抗値に応じた、調整された基準電圧VREF4を生成する回路である。
電圧検出回路10bは、接地ラインL2と、NMOSトランジスタ51のソース端子と、の間の配線Lbの配線抵抗Roffの抵抗値に応じた調整電圧Voffを生成する回路である。電圧検出回路10bは、オペアンプ11bと、可変抵抗12b,13b,14b,15b(以下「可変抵抗12b~15b」)と、を含んで構成される。
加算回路20bは、調整電圧Voffと、基準電圧VREFと、を加算した電圧を、調整された基準電圧VREF4として出力する回路である。加算回路20bは、オペアンプ21bと、抵抗22b,23b,24bと、反転増幅器25bと、を含んで構成される。
制御回路30bは、調整された基準電圧VREF4に基づいて、NMOSトランジスタ51に電流を生成させる回路である。制御回路30bは、オペアンプ31bと、NMOSトランジスタ32bと、抵抗33bと、PMOSトランジスタ35b,36bと、NMOSトランジスタ37bと、を含んで構成される。
本実施形態の電圧検出回路10aや分圧回路70は、可変抵抗の抵抗値を調整して基準電圧を生成したが、他の方法を用いて電圧検出回路10aや分圧回路70に所望の電圧(例えば、調整電圧Vonや、基準電圧VREF2)を生成させても良い。
以上、本実施形態のパワーモジュール100について説明した。一般に、パワーモジュール100の複数の駆動回路410,420,430が集積されたLVIC210において、駆動回路の配置により、駆動回路内の配線La,Lbの配線抵抗Ron、Roffが異なることになる。この結果、配線抵抗Ronの抵抗値の影響を受けた駆動回路410,420,430の出力電流を目標値に近づけることができなかった。しかしながら、例えば、本実施形態の駆動回路410aは、配線抵抗Ron,Roffによって生じる出力電流の変動を調整する。これにより、配線抵抗Ron,Roffの影響を低減することができ、駆動回路410aの出力電流を目標値に近づけることができる。
120 三相モータ
200 ブリッジ回路
210 LVIC
220,230,240 HVIC
300~305 IGBT
310~315 FWD
410、410a,410b,410c,415,420,430 駆動回路
1a,1b 電圧生成回路
10a,10b 電圧検出回路
20a,20b 加算回路
30a,30b 制御回路
40a 切替回路
50,55 放電回路
70 分圧回路
34a,43a,60,35b,36b,38a PMOSトランジスタ
32a,51,52,32b,37b,38b NMOSトランジスタ
53,75~78,540,551~555 スイッチ
12a~15a,12b~15b 可変抵抗
22a~24a,22b~24b,33a,33b,71~74,510,521~526 抵抗
11a,21a,31a,11b,21b,31b オペアンプ
25a,25b 反転増幅器
41a インバータ
42 レベルシフタ
560 EPROM
Claims (7)
- 電源ラインまたは接地ラインの何れか一方のラインと、ソース端子と、が接続されたMOSトランジスタと、
前記一方のラインと、前記ソース端子と、の間の配線の抵抗値に応じた第1電圧を生成する電圧生成回路と、
前記第1電圧に基づいて、前記MOSトランジスタに所定電流を生成させる制御回路と、
を備え、
前記電圧生成回路は、前記配線における前記一方のライン側の第1ノードの電圧と、前記配線における前記ソース端子側の第2ノードの電圧と、に基づいて、前記第1電圧を生成し、
前記電圧生成回路は、
前記第1ノードの電圧と、前記第2ノードの電圧とが入力される可変抵抗回路と、
オペアンプと、
加算回路と、
を備え、
前記可変抵抗回路は、
前記第1ノードの電圧及び前記第2ノードの電圧の差と、前記可変抵抗回路の抵抗値と、に応じた第2電圧が前記オペアンプから出力されるよう、前記第1及び第2ノードと、前記オペアンプとの間を接続し、
前記加算回路は、
前記第2電圧と、基準電圧と、を加算した電圧を、前記第1電圧として出力する、
ことを特徴とする電流生成回路。 - 請求項1に記載の電流生成回路であって、
前記MOSトランジスタは、
前記電源ラインと、前記ソース端子と、が接続されたPMOSトランジスタである、
ことを特徴とする電流生成回路。 - 請求項1に記載の電流生成回路であって、
前記MOSトランジスタは、
前記接地ラインと、前記ソース端子と、が接続されたNMOSトランジスタであること、
を特徴とする電流生成回路。
- 電源ラインまたは接地ラインの何れか一方のラインと、ソース端子と、が接続された、2以上のn個のMOSトランジスタと、
前記一方のラインと、前記n個のMOSトランジスタのそれぞれの前記ソース端子と、の間の前記n個の配線のそれぞれの抵抗値に応じた第1電圧を、前記n個の配線ごとに生成する前記n個の電圧生成回路と、
前記n個の前記第1電圧に基づいて、前記n個の前記MOSトランジスタに所定電流を生成させる制御回路と、
を備え、
前記n個の電圧生成回路のそれぞれは、前記n個の配線のうち対応する配線における前記一方のライン側の第1ノードの電圧と、前記n個の配線のうち対応する配線における前記ソース端子側の第2ノードの電圧と、に基づいて、前記n個の前記第1電圧を生成し、
前記n個の電圧生成回路のそれぞれは、
前記第1ノードの電圧と、前記第2ノードの電圧とが入力される可変抵抗回路と、
オペアンプと、
加算回路と、
を備え、
前記可変抵抗回路は、
前記第1ノードの電圧及び前記第2ノードの電圧の差と、前記可変抵抗回路の抵抗値と、に応じた第2電圧が前記オペアンプから出力されるよう、前記第1及び第2ノードと、前記オペアンプとの間を接続し、
前記加算回路は、
前記第2電圧と、基準電圧と、を加算した電圧を、前記第1電圧として出力する、
ことを特徴とする電流生成回路。 - 第1信号に基づいて、スイッチング素子をオンし、第2信号に基づいて、スイッチング素子をオフする駆動回路であって、
電源ラインと、ソース端子と、が接続されたPMOSトランジスタと、
前記電源ラインと、前記PMOSトランジスタの前記ソース端子と、の間の配線の抵抗値に応じた第1電圧を生成する電圧生成回路と、
前記第1信号が入力されると、前記第1電圧に基づいて、前記PMOSトランジスタに前記スイッチング素子のゲート容量を充電するための所定電流を生成させる制御回路と、
接地ラインと、ソース端子と、が接続され、前記第2信号に基づいてオンとなり、前記スイッチング素子の前記ゲート容量を放電する第1NMOSトランジスタと、
を備え、
前記電圧生成回路は、前記配線における前記電源ライン側の第1ノードの電圧と、前記配線における前記ソース端子側の第2ノードの電圧と、に基づいて、前記第1電圧を生成し、
前記電圧生成回路は、
前記第1ノードの電圧と、前記第2ノードの電圧とが入力される可変抵抗回路と、
オペアンプと、
加算回路と、
を備え、
前記可変抵抗回路は、
前記第1ノードの電圧及び前記第2ノードの電圧の差と、前記可変抵抗回路の抵抗値と、に応じた第2電圧が前記オペアンプから出力されるよう、前記第1及び第2ノードと、前記オペアンプとの間を接続し、
前記加算回路は、
前記第2電圧と、基準電圧と、を加算した電圧を、前記第1電圧として出力する、
ことを特徴とする駆動回路。 - 請求項5に記載の駆動回路であって、
第1NMOSトランジスタに並列接続され、前記第2信号に基づいてオンとなり、前記スイッチング素子の前記ゲート容量を放電する第2NMOSトランジスタを備えること、
を特徴とする駆動回路。 - 電源ラインまたは接地ラインの何れか一方のラインと、ソース端子と、が接続されたMOSトランジスタと、
可変抵抗回路を含み、前記一方のラインと、前記ソース端子と、の間の配線の抵抗値に応じた電圧を、前記配線における前記一方のライン側の第1ノードの電圧と、前記配線における前記ソース端子側の第2ノードの電圧と、前記可変抵抗回路の抵抗値と、に基づいて生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路の電圧に基づいて、前記MOSトランジスタに電流を生成させる制御回路と、
を備える電流生成回路に対し、
前記MOSトランジスタが生成する電流を測定する第1ステップと、
前記MOSトランジスタが生成する電流が所定電流となるよう、前記可変抵抗回路の抵抗値を調整する第2ステップと、
を実行することを特徴とする電流調整方法。
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